NASA
Американские инженеры из Университета Алабамы в Хантсвилле и Университета штата Огайо занимаются разработкой ракетного двигателя на жидком уране для центробежных ядерных тепловых ракет (CNTR).
Эта технология имеет целью обеспечить вдвое больший удельный импульс по сравнению с химическими двигателями, что позволит достигать больших скоростей и осуществлять полеты на большие расстояния. В рамках программы NASA DRACO, ядерная тепловая двигательная установка (NTP) с твердым сердечником стремится достичь удельного импульса около 900 секунд, что вдвое больше, чем у ракет с химическими двигателями, однако вдвое меньше, чем у большинства ионных двигателей.
В то же время центробежная ядерная тепловая ракета использует жидкий уран вместо твердого топлива для достижения удельного импульса около 1,5 тыс. секунд. Это может значительно увеличить скорость космических аппаратов при сохранении аналогичного уровня тяги.
В этой конструкции расплавленный уран на высокой скорости вращается в центрифуге и нагревает водород до экстремально высоких температур. Водородный газ барботируется через перегретый уран и выбрасывается через сопло для образования тяги.
«Основное отличие концепции CNTR от традиционных систем NTP заключается в том, что вместо использования традиционных твердотопливных элементов в CNTR используется жидкое топливо, при этом жидкость удерживается во вращающихся цилиндрах под действием центробежной силы», — объясняют исследователи.
Однако разработка такого класса ракетного двигателя сталкивается со многими проблемами. По словам инженеров-разработчиков, им удалось достичь прогресса в управлении ядерными реакциями двигателя. В частности, добавление эрбия-167 призвано помочь стабилизировать внутренние температуры.
Исследователи также обращают внимание на то, что побочные продукты реакций, среди прочего, самарий и ксенон, могут негативно влиять на дальнейшее расщепление атомов урана, если их заблаговременно не удалить. Кроме этого ученые стремятся лучше понять, как пузырьки водорода перемещаются через урановое топливо.
По результатам моделирования интеграции двигателя, были получены показатели удельного импульса в 1 тыс. 512 секунд при идеальных условиях. Достижение этого на практике потребовало бы большего количества центрифуг и более высоких скоростей вращения.
Еще одной проблемой является предотвращение утечек уранового топлива через сопло вместе с водородным газом. Значительная потеря урана может снизить удельный импульс двигателя до двух третей. Исследователи предлагают использовать диэлектрофорез для улавливания выпаренного урана, нацелившись на 99% степень извлечения.
По словам разработчиков, пока их концепция не находится на этапе создания полноценного прототипа и требует дальнейшего моделирования и оптимизации. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на потере урана и тестировании решения диэлектрофореза с помощью лабораторных экспериментов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Acta Astronautica
Источник: Interesting Engineering